落叶用于制备锂硫电池正极导电材料

以常见废旧落叶为原料,通过改变制备工艺参数得到性能优异且具有较大比表面积的活性炭.落叶制备的活性炭负载硫后做为锂硫电池正极材料,硫负载量高达70％(wt.％).采用SEM、红外、BET等方法,分析正极材料的结构和官能团.本文制备出的活性炭,比表面积可高达2894.25 m2·g-1.在0.1 C循环时首圈放电比容量可达1295 mAh·g-1,0.5 C循环200圈后比容量还能维持在507 mAh·g-1.电池在2 C时电池放电比容量可达535 mAh·g-1,当倍率恢复到0.2 C时,容量可以恢复到756 mAh·g-1,体现了材料优异的电化学性能.     

基于泡沫镍制备硫正极的研究

锂硫电池正极的制备通常包括硫载体材料的制备、硫载体材料覆硫制备硫正极复合材料、混浆料、涂片等工艺,制备工艺繁琐,且涂片时所用胶粘剂、导电碳会增加正极质量,减小了电池的比能量密度。为了解决上述问题,将氧化石墨烯与硫的混合物通过离心将其渗入泡沫镍孔隙中,经过还原氧化石墨烯后干燥得到硫复合材料。这种含泡沫镍的硫复合材料可直接用作硫正极,这种极片省去了胶粘剂、导电剂,也省去了混料、涂片等工艺,且载硫量可通过离心时间及次数来控制。此硫正极首次放电比容量可达1024.76mAh·g~(-1),循环50次后比容量为396.04mAh·g~(-1)基于泡沫镍制备硫正极是一种简单有效的方法。     

锂硫电池用玉米苞叶基活性炭/硫复合正极材料的电化学性能

锂硫电池因具有超高的理论比容量(1675 mA·h·g~(-1))而被认为是最具有应用前景的二次电池。但硫基正极面临着硫导电性差、利用率低、正极结构稳定性差等问题。采用KOH化学活化法将廉价易得的农业废弃物玉米苞叶制备为多孔碳材料后,与升华硫复合获得硫/碳复合材料。利用XRD、SEM、TEM和BET对该硫/碳复合材料的微观结构、形貌等进行表征发现,玉米苞叶制备的多孔碳材料具有类石墨烯片层结构,且表面具有大量的介孔结构,硫元素均匀分布在多孔碳材料中。采用恒流充放电和交流阻抗法对该复合材料正极电化学性能进行测试发现其具有较高的放电比容量和良好的循环性能,这是由于类石墨烯片层结构的多孔碳材料提高了硫正极的导电性,且其极大的比表面积大幅增加了电化学反应位点,提高了硫的利用率。     

LiFePO4纳米片球/石墨烯复合材料的制备及锂电性能研究

采用水热法制备出磷酸铁锂纳米片球/石墨烯(Li Fe PO_4/r GO)复合材料,使用XRD和扫描电镜(SEM)对复合材料进行了表征,并测试了其电化学性能。结果表明,LiFePO_4/rGO复合材料具有优异的电化学性能,其比容量达到154.4mAh·g~(-1),在5C倍率下循环50圈容量保持率为94.2%。     

纳米碳/硫复合材料在锂硫电池正极中的应用研究进展

锂硫电池具有高能量密度(2600 Wh·kg~(-1))和高理论比容量(1675 mAh·g~(-1))的优越特性,引起了研究者的极大关注。然而,锂硫电池(LSBs)的商业化应用,仍然面临硫的导电性低、多硫化物的穿梭效应以及充放电过程中体积急剧膨胀等技术阻碍。本文重点介绍了通过开发硫/碳复合电极材料来提高LSBs电化学性能的一些有效策略,对LSBs在未来面临的挑战和发展前景进行了展望。     

工业级硫酸亚铁制备高性能磷酸铁锂正极材料

工业级硫酸亚铁通过提纯除杂、氧化后与磷酸铵反应生成磷酸铁,磷酸铁与碳酸锂在高温条件下碳热还原烧制成磷酸铁锂正极材料。制得的磷酸铁锂具有优异的电化学性能,0. 1 C放电比容量达到164 mAh·g~(-1)以上,1 C循环30次后放电比容量仍然稳定在130 mAh·g~(-1)左右。合成磷酸铁母液通过蒸发浓缩得到硫酸铵、磷酸铵混合物,混合物中氮含量达到14%以上,磷含量达3%以上,可用作氮磷复合肥。     

锂硫电池硫基碳正极材料的研究进展

用于锂硫电池的碳质材料具有优异的力学、电学、导热性能,可调的孔结构以及丰富的表面特性,能有效地限制多硫化物的溶解,改善锂硫电池的电化学性能。因此,本文分别从一维碳、二维碳和三维碳这3个方面综述了锂硫电池硫基碳复合正极材料的研究进展,探讨了改性硫基碳正极材料的制备方法和结构设计。分析表明,高比表面积和高孔容积的多孔纳米碳材料对提高锂硫电池电化学性能而言至关重要,并提出用金属硫化物掺杂的有序介孔碳复合材料作为锂硫电池的正极材料能促进锂离子在正负极间的迁移,提高锂硫电池的循环稳定性和活性物质利用率。     

溶胶-凝胶法制备高性能锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4

采用溶胶-凝胶法制备了锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_5,重点探索了溶液p H对材料物理和电化学性能的影响。其中pH=6.0时制备的材料具有最高的放电比容量、最好的倍率和循环性能。在3 C充放电电流下材料的最高放电比容量为104.2 m Ah·g~(-1),循环200次的放电比容量为95.1 mAh·g~(-1)。     

核壳结构S/MnO_2复合材料对锂硫电池性能的影响

锂硫电池是下一代高能量密度二次电池的首选,但目前实际能量密度远未达到预期水平,构建高硫负载量下依旧能让锂、硫多相电化学反应高效进行的硫正极是关键之一。将纳米片状MnO_2包覆在纳米硫球外表面,制备S/MnO_2核壳结构复合材料,通过壳层MnO_2来抑制穿梭效应、促进电化学反应,以优化多孔硫正极中表观电化学反应过程,改善锂硫电池性能。实验结果表明,0.05 C倍率放电时,比容量达1 200 mAh/g以上,0.1 C倍率放电时,比容量也在800 mAh/g左右,循环100次比容量保持率75.1%,显然壳层结构确实有利于提高电池性能;进一步测试对比两种不同厚度、结构的S/MnO_2复合材料表明,具有较薄的MnO_2壳层结构的S/MnO_2-2复合材料表现出更优的循环、倍率性能,表明复合材料壳层厚度、结构以及复合材料组成的微观多孔结构对硫正极中表观电化学反应过程有较大影响,其详细机理尚需今后深入研究。     

高石墨化石墨烯作为插层膜及多孔碳作为正极载硫材料在锂硫电池中的研究

锂硫电池由于其高的理论容量(1675 m Ah·g~(-1))和硫广泛的自然丰度,被认为是最具希望的下一代电池候选者。然而在实际的应用中仍存在以下问题:多硫化物的穿梭效应、硫极差的导电性以及在充放电循环过程中正极体积的变化带来的电极反应动力学的衰减和活性硫利用率的下降。本文将2850℃高温处理后得到的高石墨化石墨烯(2850Gra)作为插层膜,对锂硫电池的正极进行了改进,同时以多孔碳作为硫的寄宿体,得到多孔碳-硫@高温石墨烯(PC-S@2850Gra)电极。在面密度为4.2mg·cm~(-2)的条件下,PC-S@2850Gra得到了1165 m Ah·g~(-1)的初始放电容量,0.5C倍率下经过150圈的充放电后,仍得到放电容量556 m Ah·g~(-1)的优异性能。     

锂硫电池正极材料的研究进展

世界能源短缺危机日益严重,发展可再生能源成为必然趋势,而储能系统的研究则成为其中的关键。另外,锂离子电池在电子设备中有着重要的作用,但是其较低的理论比容量,使之难以满足大型电子设备的需求。锂硫电池具有数倍于锂离子电池的理论比能量密度(2 600 Wh·kg^-1)和理论比容量(1 675 mAh·g^-1),而且单质硫储量丰富、价格低廉,因此锂硫电池是非常具有应用前景的储能器件。正极材料对锂硫电池性能具有重要的影响,并得到广泛研究。本文综述了近年来硫/碳、硫@碳/金属化合物、硫/杂原子掺杂碳以及负载催化剂的硫/碳等各类复合材料在锂硫电池中的研究进展,并对其发展进行了展望。     

分子筛SBA-15对锂硫电池电化学性能的影响

针对锂硫电池存在的主要问题,将介孔分子筛SBA-15添加在锂硫电池硫电极中,通过SBA-15的吸附作用来抑制多硫化物的穿梭效应。采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、氮气吸脱附测试等物理手段对材料进行表征,采用电池测试系统对电池的电化学性能进行测试。结果表明：添加1% SBA-15的SCS-1.0电池电化学性能得到明显提高,第300圈放电比容量比未添加SBA-15的SC电池的放电比容量提高200 mAh·g^-1左右。所以,在硫电极中添加1% SBA-15有利于锂硫电池电化学性能的提高。     

NiFe_2O_4-石墨烯纳米复合材料的制备及其电化学性能

通过溶剂热的方法合成了石墨烯-镍铁氧体纳米复合材料(NFR)。采用X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪(Raman)、傅立叶红外光谱仪(FT-IR)以及透射电镜(TEM)等仪器对样品的形貌和结构进行了表征,并将其作为锂离子电池负极材料组装成模拟电池,考察其电化学性能。测试结果表明:NFR纳米复合材料在100m A·g~(-1)电流密度首圈放电比容量高达1223m Ah·g~(-1),首次可逆比容量为830m Ah·g~(-1),100圈充放电后,容量几乎无衰减,保持较好的循环稳定性。这种优异的性能归功于复合材料中镍铁氧体和石墨烯之间的协同作用。     

微孔碳材料修饰的隔膜用于高性能锂硫电池

锂硫电池具有较高的能量密度,是有发展前景的能量存储体系之一。但“穿梭效应”严重制约了锂硫电池的实际应用,为解决该问题,本文通过简单的一步热解法合成了孔径均匀的微孔碳材料,探究了微孔碳材料修饰隔膜后对锂硫电池性能的影响。结果表明,制备的微孔碳材料孔径集中在0.56nm左右,修饰隔膜后不仅能够有效抑制“穿梭效应”的产生,还有利于加快锂离子的传输,确保正极一侧溶解的多硫化物的再次利用。在0.1C的电流密度下,采用微孔碳材料修饰隔膜的电池首次放电比容量为1359mAh/g,循环100次之后容量能保持在966mAh/g,而修饰之前的传统聚丙烯隔膜,循环100次之后的比容量仅为409mAh/g;在1C的电流密度下循环500圈后,采用微孔碳材料修饰隔膜的电池容量保持率为88%,表现出优异的循环稳定性。     

锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2的制备与性能研究

以Ni_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)(OH)_2前驱体和Li_2CO_3为原料,在空气气氛下采用适当的烧结工艺制备了LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2锂离子电池正极材料。采用振实密度仪、SEM和XRD等方法对材料烧结前后的密度、形貌与结构进行表征,并对烧结后的锂离子电池正极材料的电化学性能进行测试。结果表明烧结制备的LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料混排因子c/a为4.9421,阳离子混排程度低I(003)/I(104)为2.222,层状结构明显。在2.8~4.3 V、0.2 C和0.5 C下,LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料的首次放电比容量为153.6 m Ah·g~(-1)和146.5 mAh·g~(-1),首次充放电效率分别为81.2%和78.8%,循环80次后容量分别保持为130.2 mAh·g~(-1)和128.1 mAh·g~(-1),容量保持率都在85%以上,具有良好的电化学性能。     

锌离子电池正极纳米片材料制备和电化学性能研究

锌离子电池是一种环保、廉价、安全的新型电池,它的电化学行为是正极二氧化锰通过锰的价态转换来存储二价锌离子。二氧化锰作为锌离子电池的正极材料,由于其比表面积大、导电性差等特点导致其容量并不能充分发挥。采用自反应反胶束法制备的二维超薄二氧化锰(Mn O2)纳米片作为一种储存锌离子的材料,从整体上提高锌离子电池的容量。以二维超薄二氧化锰(Mn O2)纳米片为正极的锌离子电池,当电流密度为0.1 A/g时,最高容量达到484.2 m A·h/g,接近锌离子电池的最大理论容量616 m A·h/g;当电流密度为5 A/g时,电池循环两百圈后的容量保持率也有80%,表现了很好的循环性能。     

碳基/硫复合材料用于锂-硫电池正极的研究

锂-硫电池得益于其高的理论比容量和能量密度,受到了很多科研人员的关注,它集绿色无污染、价格实惠、来源广阔等多种优点于一身,激发了专家学者的探索兴趣。其中锂-硫电池的正极材料是影响电池性能好坏的一个重要因素,现今碳材料的高导电性成为硫宿主材料的研究热点之一。本文主要介绍了几种碳基复合材料用于锂-硫电池的正极设计以及性能研究。     

ZIFs衍生多孔炭-金属硫化物复合材料的制备及在锂硫电池中的应用

锂硫电池因具有成本低和能量密度高等优点而受到广泛关注,但由于中间产物的溶解而产生致命的穿梭效应,严重缩短了电池的循环寿命。本文以ZIF-8为前驱体,经炭化后再硫化得到ZIFs衍生多孔炭-硫化锌复合材料(ZnS-ZDPC)。结果表明,ZnS-ZDPC/S为正极的Li-S电池在放电倍率为0.2C时,首次放电比容量为1 265.2 mA·h·g~(-1),循环300次后仍然能保持在654.1 m A·h·g~(-1),相比于ZDPC/S电极材料,容量衰减较慢,表现出较好的电化学性能。     

乙炔黑修饰玻璃纤维隔膜及其在锂硫电池中的应用研究

锂硫电池因其硫电极导电性差及容量衰减快等问题限制了其应用。为了提高锂硫电池的比容量、倍率性能及循环稳定性等电化学性能,本研究利用乙炔黑对玻璃纤维(GF)进行表面修饰,得到了一种新型的乙炔黑/玻璃纤维复合隔膜(CGF)。研究发现,在纯硫电极下,使用CGF隔膜的锂硫电池在电流密度为0.2C时,其起始比容量达到1550mAh/g。且在1C和2C高电流密度下,其比容量仍分别达到了960mAh/g和691mAh/g,长循环300圈后容量保持率分别为65%和58%。然而,使用GF隔膜的锂硫电池在0.2C时起始比容量仅为1113mAh/g。且其比容量衰减快,循环300圈后,比容量仅为517mAh/g;当电流密度增加到0.5C及以上时,锂硫电池基本不能释放容量。通过乙炔黑修饰玻璃纤维隔膜并将其应用于锂硫电池,有效地提高了电池的比容量、循环稳定性和倍率性能。     

富镍三元正极材料LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2的制备及电化学性能

Li Ni_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2是一种高比容量锂离子电池正极材料。本文研究通过活性炭中孔道吸附钴、锰、镍盐的混合溶液的途径来制备纳米LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2材料。XRD研究显示,600℃和800℃焙烧得到的材料相比,700℃下焙烧得到的材料具有低的阳离子混排程度,因而具有好的充放电性能,在0.2C电流下充放,该材料的首次比容量为188.3mAh g~(-1),50圈循环后,容量仍达140.9m Ah g~(-1),容量保持率为74.0%。